CN112472114B - 一种基于影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统 - Google Patents

一种基于影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其包括图像获取模块用于获取MIP图像；病灶区域获取模块用于标记MIP图像中腹盆腔区域、阳性病灶区域、以及灰度中值区域；分析模块用于根据标记有腹盆腔区域、阳性病灶区域、以及灰度中值区域的MIP图像计算阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比，并根据MIP图像的阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比，评价所述MIP图像的图像学卵巢癌风险值和/或结核性腹膜炎风险值。本发明通过影像学特征，可自动化的将图像进行卵巢癌和结合性腹膜炎分类，提供了更多判断参考依据，大幅提高了现有的分类算法的准确性。

Description

一种基于影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统
技术领域
本发明属于医学图像处理领域，更具体地，涉及一种基于影像学特征的卵巢癌(ovarian cancer，OC)与结核性腹膜炎(tuberculous peritonitis，TP)分类系统。
背景技术
OC发病率居女性生殖系统恶性肿瘤第3位，死亡率居首位，是严重威胁女性健康的恶性肿瘤。OC早期一般无症状或症状不典型，常规影像学检查无特异性，因此大多数卵巢癌患者诊断时已是晚期，出现腹盆腔的广泛种植性转移；结核性腹膜炎(tuberculousperitonitis，TP)是由结核分枝杆菌引起的腹部感染性病变。二者在常规影像上都可表现为腹膜和网膜增厚，另外也都可出现附件包块及腹水等征象，查血CA125都可明显升高。由于临床症状和影像学特征不典型，因此二者在常规影像检查中极易误诊，多数情况下是将TP误诊为OC而采取了非必要的手术治疗。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种通过PET/CT最大强度投影(Maximum intensity projection，MIP)联合血清CA125等指标构成的评分系统，其目的在于高效鉴别OC和TP，由此解决常规影像学方法难以准确鉴别OC和TP的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种于影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，包括图像获取模块、病灶区域获取模块、以及分析模块；
所述图像获取模块，用于获取MIP图像并将所述MIP图像提交给所述病灶区域获取模块；
所述病灶区域获取模块，用于标记MIP图像中腹盆腔区域、阳性病灶区域、以及灰度中值区域，并将标记有腹盆腔区域、阳性病灶区域、以及灰度中值区域的MIP图像提交给分析模块；
所述分析模块，用于根据标记有腹盆腔区域、阳性病灶区域、以及灰度中值区域的MIP图像计算阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比，并按照阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比同时越小则图像学卵巢癌风险值越大、阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比同时越大则图像学结核性腹膜炎风险值越大的原则，评价所述MIP图像的图像学卵巢癌风险值和/或结核性腹膜炎风险值。
优选地，所述影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其所述阳性病灶区域为腹盆腔区域中灰度值高于预设阈值区域作为病灶区域。
优选地，所述影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其所述灰度阈值为图像中肌肉区域的灰度值。
优选地，所述影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其所述灰度阈值为大腿根部肌肉区域的灰度值。
优选地，所述影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其所述灰度中值区域为阳性病灶区域中灰度处于中部范围的区域。
优选地，所述影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其所述灰度中值区域，为灰度等级在阳性病灶区域中处于中间50％的区域，具体划分方法如下：
将阳性病灶区域，按照灰度划分为1-100级，将其中灰度处于25至75级之间区域灰度中值区域。
优选地，所述影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其所述阳性病灶面积比为阳性病灶区域面积与腹盆腔区域面积的比值。
优选地，所述影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其所述中间灰度病灶面积比为灰度中值区域和阳性病灶区域面积的比值。
优选地，所述影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其还包括分类模块；所述分类模块，至少用于将所述MIP图像的图像学卵巢癌风险值和/或结核性腹膜炎风险值作为区分卵巢癌和结核性腹膜炎的特征，判断所述MIP图像来是否来自于卵巢癌患者或结核性腹膜炎患者。
优选地，所述影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其所述分析模块用于将所述MIP图像的图像学卵巢癌风险值和/或结核性腹膜炎风险值，提交给用于区分卵巢癌患者MIP图像的分类模块。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
通过影像学特征，可自动化的将图像进行卵巢癌和结核性腹膜炎分类，提供了更多判断参考依据，大幅提高了现有的分类算法的准确性。
附图说明
图1是一例TP患者腹盆腔区域划分结果图，MIP图上腹部病灶呈弥漫性摄取增高，全腹的轮廓可被病灶完整勾勒出来，像一面完整的围裙，即腹部“围裙征”；
图2是一例OC患者，MIP图上腹部病灶呈局灶性摄取增高，表现为现孤立的结节状、片状浓聚影，全腹的轮廓不能被完整被病灶勾勒出来，无“围裙征”表现；
图3是正常人MIP图像腹盆腔区域示意图；
图4是采用实施例提供的而给予影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，对一例患者进行分类的结果：分类为结核性腹膜炎患者，MIP图腹部呈弥漫性摄取增高，可见腹部“围裙征”，评分0分；血清CA125：589.8ng/ml，评分6分；附件无明显包块，评分1分；中等量腹水，评分1分；未见明显无规律淋巴结，评分2分；胸膜未见累及，评分2分；心包未见累及，评分2分；总分14分，根据评分系统考虑结核性腹膜炎，与病理结果一致；
图5是采用实施例提供的而给予影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，对一例患者进行分类的结果：分类为结核性腹膜炎患者，MIP图腹部呈弥漫性摄取增高，可见腹部“围裙征”，评分0分；血清CA125：1748.3ng/ml，评分8分；附件区可见包块，评分2分；中等量腹水，评分1分；未见明显无规律淋巴结，评分2分；胸膜未见累及，评分2分；心包未见累及，评分2分；总分17分，根据评分系统考虑结核性腹膜炎，与病理结果一致；
图6是采用实施例提供的而给予影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，对一例患者进行分类的结果：分类为卵巢癌患者，MIP图腹部呈局灶性摄取增高，无腹部“围裙征”，评分10分；血清CA125：1588ng/ml，评分8分；附件区可见包块，评分2分；中等量腹水，评分1分；未见明显无规律淋巴结，评分2分；胸膜未见累及，评分2分；心包未见累及，评分2分；总分27分，根据评分系统考虑卵巢癌，与病理结果一致；
图7是采用实施例提供的而给予影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，对一例患者进行分类的结果：分类为卵巢癌患者，MIP图腹部呈局灶性摄取增高，无腹部“围裙征”，评分10分；血清CA125：7736ng/ml，评分10分；附件区可见包块，评分2分；中等量腹水，评分1分；未见明显无规律淋巴结，评分2分；胸膜未见累及，评分2分；心包未见累及，评分2分；总分29分，根据评分系统考虑卵巢癌，与病理结果一致；
图8是采用实施例提供的而给予影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，对一例患者进行分类的结果：分类为卵巢癌患者，MIP图腹部呈局灶性摄取增高，无腹部“围裙征”，评分10分；血清CA125：2507ng/ml，评分10分；附件区可见包块，评分2分；中等量腹水，评分1分；未见明显无规律淋巴结，评分2分；胸膜未见累及，评分2分；心包未见累及，评分2分；总分29分，根据评分系统考虑卵巢癌，与病理结果一致。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的基于影像学特征的OC与TP分类系统，包括：图像获取模块、病灶区域获取模块、以及分析模块；优选还包括分类模块；
所述图像获取模块，用于获取MIP图像并将所述MIP图像提交给所述病灶区域获取模块；
所述病灶区域获取模块，用于标记MIP图像中腹盆腔区域、阳性病灶区域、以及灰度中值区域，并将标记有腹盆腔区域、阳性病灶区域、以及灰度中值区域的MIP图像提交给分析模块；所述阳性病灶区域为腹盆腔区域中灰度值高于预设阈值区域作为病灶区域；所述灰度中值区域为阳性病灶区域中灰度处于中部范围的区域；所述灰度阈值优选为图像中肌肉区域的灰度值，更优选为大腿根部肌肉区域的灰度值；
所述分析模块，用于根据标记有腹盆腔区域、阳性病灶区域、以及灰度中值区域的MIP图像计算阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比，并按照阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比同时越小则图像学卵巢癌风险值越大、阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比同时越大则图像学结核性腹膜炎风险值越大的原则，评价所述MIP图像的图像学卵巢癌风险值和/或结核性腹膜炎风险值；优选用于将所述MIP图像的图像学卵巢癌风险值和/或结核性腹膜炎风险值，提交给用于区分卵巢癌患者MIP图像的分类模块；所述阳性病灶面积比(A％)为阳性病灶区域面积与腹盆腔区域面积的比值；所述中间灰度病灶面积比(G％)为灰度中值区域和阳性病灶区域面积的比值；
所述分类模块，至少用于将所述MIP图像的图像学卵巢癌风险值和/或结核性腹膜炎风险值作为区分卵巢癌和结核性腹膜炎的特征，判断所述MIP图像来是否来自于卵巢癌患者或结核性腹膜炎患者。
18F-FDG PET/CT是一种集解剖形态与葡萄糖功能代谢于一体的多模态显像方法，同时又是全身检查，因此诊断具有很高的灵敏度以及整体观。PET/CT的(Maximumintensity projection，MIP)图能够直观地反应全身病灶的分布情况和代谢特征，因此也具有诊断价值，但人们诊断时通常习惯看断层图像，往往忽略了MIP图的诊断价值，查阅文献也没有发现用MIP图来鉴别OC和TP的报道。
TP是一种炎性病变，通常表现为腹膜、网膜的弥漫性感染，在MIP图上整个腹部呈现弥漫性摄取增高，且分布相对比较均匀，全腹的轮廓可被完整勾勒出来，MIP图上酷似一件围裙挂在腹部，因此称之为“围裙征”，此为TP的典型征象，如图1所示。OC容易发生腹盆腔种植性转移，MIP图上常表现为局灶性的(如结节状、片状、条带状)显像剂摄取增高影，而不是全腹弥漫性摄取增高，如图2所示，因此MIP图上没有典型的“围裙征”。我们发现，用此征象来鉴别OC和TP具体很高的价值。
以下为实施例：
一种基于影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，包括：图像获取模块、病灶区域获取模块、分析模块、以及分类模块；
所述图像获取模块，用于获取MIP图像并将所述MIP图像提交给所述病灶区域获取模块；
所述病灶区域获取模块，用于标记MIP图像中腹盆腔区域、阳性病灶区域、以及灰度中值区域，并将标记有腹盆腔区域、阳性病灶区域、以及灰度中值区域的MIP图像提交给分析模块；所述阳性病灶区域为腹盆腔区域中灰度值高于预设阈值区域作为病灶区域；所述灰度中值区域为阳性病灶区域中灰度处于中部范围的区域；所述灰度阈值为大腿根部肌肉区域的灰度值；
所述MIP图像腹盆腔区域，如图3所示，按照以下方法获取：
采用Canny算子进行边缘检测，将MIP图像根据边缘划分为多个区域；将所述多个区域，输入到卷积神经网络分类器进行分类，判断腹盆腔区域图像，作为MIP图像腹盆腔区域。
所述阳性病灶区域，标记方法如下：在腹盆腔区域内排除泌尿系(肾脏、输尿管、膀胱)等有明显显像剂滞留的区域，以大腿根部肌肉的灰度为灰度阈值，见图1、图2的标记示意，将腹盆腔区域内其他区域内灰度高于灰度阈值的区域作为阳性病灶区域；
所述灰度中值区域，为灰度等级在阳性病灶区域中处于中间50％的区域，具体划分方法如下：
将阳性病灶区域，按照灰度划分为1-100级，将其中灰度处于25至75级之间区域灰度中值区域。
所述分析模块，用于根据标记有腹盆腔区域、阳性病灶区域、以及灰度中值区域的MIP图像计算阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比，并按照阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比同时越小则图像学卵巢癌风险值越大、阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比同时越小则图像学结核性腹膜炎风险值越大的原则，评价所述MIP图像的图像学卵巢癌风险值和/或结核性腹膜炎风险值；将所述MIP图像的图像学卵巢癌风险值和/或结核性腹膜炎风险值，提交给用于区分卵巢癌患者MIP图像的分类模块；所述阳性病灶面积比(A％)为阳性病灶区域面积和腹盆腔区域面积的比值；所述中间灰度病灶面积比(G％)为灰度中值区域和阳性病灶区域面积的比值；
A％和G％越高说明病灶分布越弥漫、越均匀，呈现“围裙征”；反之说明病灶分布越局限、越不均匀(如结节状、片状、条带状)，无典型的“围裙征”。
将A％或G％同时低于60％，则视为无“围裙征”，此时卵巢癌的可能性很大，图像学卵巢癌风险值评分10分；A％或G％在60％-80％之间视为不确定是否存在“围裙征”，此时尚难以确定为OC或TP，图像学卵巢癌风险值评分5分；A％和G％同时大于80％视为存在腹部“围裙征”，此时结核性腹膜炎可能性很大，图像学卵巢癌风险值评分0分。
所述分类模块，将所述MIP图像的图像学卵巢癌风险值和/或结核性腹膜炎风险值、血清CA125评分、附件区包块评分、腹水评分、淋巴结评分、胸膜评分、心包评分作为区分卵巢癌和结核性结核性腹膜炎的特征，判断所述MIP图像来是否来自于卵巢癌患者或结核性腹膜炎患者。具体如下：
CA125评分：CA125>2000U/ml，此时卵巢癌可能性极大，评分10分；CA125(1000-2000U/ml)，此时卵巢癌可能性很大，评分8分；CA125(500-1000U/ml)，此时卵巢癌可能性较大，评分6分；CA125(100-500U/ml)，此时卵巢癌可能性较小，评分4分；CA125(50-100U/ml)，此时卵巢癌可能性很小，评分2分；CA125(0-50U/ml)，此时卵巢癌可能性极小，评分1分。
附件区包块评分，附件区包块在卵巢癌和结核性腹膜炎均可出现或不出现，但在卵巢癌中出现的可能性高于结核性腹膜炎。因此，有附件区包块者卵巢癌可能性大较大，此时评分2分，无包块者评分1分。
腹水评分，卵巢癌以少量(<500ml)或大量(>1000ml)腹水相对较多见，结核性腹膜炎以中等量(500-1000ml)腹水相对多见。因此，少量或大量腹水时评分2分，中等量腹水评分1分。
淋巴结评分，颈部II区、双侧腋窝等部出现卵巢癌淋巴结转移的可能性相对较小，如出现则提示有结核的可能性较大，此时评分1分；如未出现则提示二者均有可能性，此时评分2分。
胸膜评分，胸膜代谢增高时结核可能性略大于卵巢癌，此时评分1分；胸膜无代谢增高结核和卵巢癌均有可能，此时评分2分。
心包评分，心包代谢增高时高度提示结核，此时评分0分；心包无代谢增高结核和卵巢癌均有可能，此时评分2分。
计算总分，本评分系统总分为5～30分。总分越高表示卵巢癌的可能性越大，反之结核性腹膜炎的可能性越大。总分≥20考虑卵巢癌，总分＜20考虑结核性腹膜炎。如下表：
血清CA125 腹部MIP图特征 附件包块 腹水量 无规律淋巴结 胸膜累及 心包累及
>2000(10分) 局灶性(10分) 有(2分) 少量或大量(2分) 无(2分) 无(2分) 无(2分)
1000～2000(8分) 不确定(5分) 无(1分) 中等量(1分) 有(1分) 有(1分) 有(0分)
500～1000(6分) 弥漫性(0分)
100～500(3分)
50～100(2分)
0～50(1分)
收集测试数据：收集2013年至2020年在宜昌市中心医院核医学科进行PET/CT检查并最终确诊为OC和TP的女性患者共71例，其中53例是卵巢癌，年龄57.0±10.4岁，18例是结核性腹膜炎，年龄59.2±17.5岁。
通过验证，本实施例提供的系统的灵敏度、特异度、准确度、阳性预测值、阴性预测值分别为98.1％(52/53)、94.4％(17/18)、97.2％(69/71)、98.1％(52/53)、94.4％(17/18)；
如不采用图像学卵巢癌风险值评分，仍采用其他评分标准，则系统的灵敏度、特异度、准确度、阳性预测值、阴性预测值如下表所示：
Figure BDA0002826993560000091
注：特异度和阴性预测值计算时由于n＜40，需使用Fisher’s检验，无x2值，只有P值。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其特征在于，包括图像获取模块、病灶区域获取模块、以及分析模块；
所述图像获取模块，用于获取MIP图像并将所述MIP图像提交给所述病灶区域获取模块；
所述病灶区域获取模块，用于标记MIP图像中腹盆腔区域、阳性病灶区域、以及灰度中值区域，并将标记有腹盆腔区域、阳性病灶区域、以及灰度中值区域的MIP图像提交给分析模块；
所述分析模块，用于根据标记有腹盆腔区域、阳性病灶区域、以及灰度中值区域的MIP图像计算阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比，并根据MIP图像的阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比，按照阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比同时越小则图像学卵巢癌风险值越大、阳性病灶面积比和中间灰度病灶面积比同时越大则图像学结核性腹膜炎风险值越大的原则，评价所述MIP图像的图像学卵巢癌风险值和/或结核性腹膜炎风险值。
2.如权利要求1所述的影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其特征在于，所述阳性病灶区域为腹盆腔区域中灰度值高于预设阈值区域作为病灶区域。
3.如权利要求2所述的影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其特征在于，所述灰度阈值为图像中肌肉区域的灰度值。
4.如权利要求3所述的影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其特征在于，所述灰度阈值为大腿根部肌肉区域的灰度值。
5.如权利要求1所述的影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其特征在于，所述灰度中值区域为阳性病灶区域中灰度处于中部范围的区域。
6.如权利要求5所述的影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其特征在于，所述灰度中值区域，为灰度等级在阳性病灶区域中处于中间50％的区域，具体划分方法如下：
将阳性病灶区域，按照灰度划分为1-100级，将其中灰度处于25至75级之间区域灰度中值区域。
7.如权利要求1所述的影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其特征在于，所述阳性病灶面积比为阳性病灶区域面积与腹盆腔区域面积的比值。
8.如权利要求1所述的影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其特征在于，所述中间灰度病灶面积比为灰度中值区域与阳性病灶区域面积的比值。
9.如权利要求1所述的影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其特征在于，还包括分类模块；所述分类模块，至少用于将所述MIP图像的图像学卵巢癌风险值和/或结核性腹膜炎风险值作为区分卵巢癌和结核性腹膜炎的特征，判断所述MIP图像是否来自于卵巢癌患者或结核性腹膜炎患者。
10.如权利要求9所述的影像学特征的卵巢癌与结核性腹膜炎分类系统，其特征在于，所述分析模块用于将所述MIP图像的图像学卵巢癌风险值和/或结核性腹膜炎风险值，提交给用于区分卵巢癌患者MIP图像的分类模块。
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